鎧裝臍帶纜ROV作業(yè)距離分析

邱可，陳浩(深圳海油工程水下技術(shù)有限公司，廣東 深圳 518067)

0 引言

在非洲某淺水鋪管項(xiàng)目中，作業(yè)水深為6～40 m，主作業(yè)船舶為海油工程某大型鋪管作業(yè)船，搭載一臺(tái)150馬力的工作級(jí)ROV。該ROV為鎧裝臍帶纜Free-Swimming類型，其主要作業(yè)任務(wù)為協(xié)助主作業(yè)船布設(shè)海管起始錨和起始封頭、海管鋪設(shè)過程著泥點(diǎn)監(jiān)控、臨時(shí)解鉤棄管和掛鉤起管以及布設(shè)終止封頭等作業(yè)。根據(jù)海管規(guī)格和作業(yè)水深測(cè)算出鋪設(shè)過程中的著泥點(diǎn)與船尾距離為180～340 m。為了核實(shí)該主作業(yè)船所搭載的ROV的作業(yè)距離是否滿足該項(xiàng)目海管著泥點(diǎn)監(jiān)控需求，通過仿真軟件，測(cè)算出ROV鎧甲臍帶纜外表面未加裝浮力材料時(shí)和加裝浮力材料時(shí)所能飛行達(dá)到的最大距離。

1 ROV設(shè)備技術(shù)參數(shù)

表1為150HP工作級(jí)ROV實(shí)際向前推力參數(shù)和鎧裝臍帶纜技術(shù)參數(shù)。

2 未加裝浮力材料時(shí)ROV作業(yè)距離仿真模擬

表2為ROV鎧裝臍帶纜外表面未加裝浮力材料時(shí)仿真模擬軟件中設(shè)置的環(huán)境參數(shù)。結(jié)合地質(zhì)調(diào)研數(shù)據(jù)，作業(yè)區(qū)域地處赤道附近，沒有臺(tái)風(fēng)影響，常年有15級(jí)左右的西北風(fēng)，表面流速平均在0.5級(jí)左右，浪高在0.5～1 m之間。根據(jù)實(shí)際情況，設(shè)置一般情況下平均海流流速數(shù)值、流向和海底摩擦系數(shù)等參數(shù)。值得注意的是，該ROV所設(shè)計(jì)的最大向前推力為900 kgf，但工程實(shí)際運(yùn)用中，考慮到ROV運(yùn)轉(zhuǎn)過程的動(dòng)力分配和高溫影響等問題，一般將ROV的輸出功率調(diào)至50%，即是最大向前推力為450 kgf。

表3為鎧裝臍帶纜未加裝浮力材料時(shí)仿真模擬出的最大作業(yè)距離值。

綜上，得出當(dāng)ROV鎧裝臍帶纜未加裝浮力材料且輸出功率為50%時(shí)，海況為靜態(tài)時(shí)ROV的最大作業(yè)距離為264 m，平均浪高為0.5 m時(shí)ROV的最大作業(yè)距離為230 m，平均浪高為1 m時(shí)ROV的最大作業(yè)距離為180 m。顯然，實(shí)際作業(yè)中海況不可能為靜態(tài)，因此當(dāng)ROV鎧裝臍帶纜未加裝浮力材料時(shí)，最大的作業(yè)距離一般以平均浪高為1 m考慮，即為180 m，不能滿足項(xiàng)目所要求的著泥點(diǎn)與船尾距離為180～340 m的著泥點(diǎn)監(jiān)控作業(yè)。

表1 ROV推力參數(shù)和鎧裝臍帶纜技術(shù)參數(shù)

表2 鎧裝臍帶纜未加裝浮力材料時(shí)仿真參數(shù)

表3 鎧裝臍帶纜未加裝浮力材料時(shí)仿真模擬的最大作業(yè)距離值

3 加裝浮力材料時(shí)ROV作業(yè)距離仿真模擬

ROV鎧裝臍帶纜加裝浮力材料時(shí)仿真模擬軟件中設(shè)置的環(huán)境參數(shù)與未加裝浮力材料時(shí)一致?？紤]到浮力材料的浮力大小、安裝間距、規(guī)格尺寸等，將浮力材料設(shè)計(jì)分為浮力5 kg級(jí)和10 kg級(jí)。圖1是根據(jù)鎧裝臍帶纜尺寸設(shè)計(jì)的快速安裝卡扣式浮球。

圖1 鎧裝臍帶纜安裝的卡扣浮球

表4為鎧裝臍帶纜加裝20個(gè)5 kg級(jí)和20個(gè)10 kg級(jí)浮力材料仿真模擬數(shù)據(jù)。

表4 鎧裝臍帶纜加裝20個(gè)5 kg級(jí)和20個(gè)10 kg級(jí)浮力材料仿真模擬數(shù)據(jù)

圖2為ROV在距離船尾340 m的模擬示意圖。

圖2 ROV距離船尾340 m的模擬示意圖

圖3為鎧裝臍帶纜安裝5 kg級(jí)和10 kg級(jí)浮力球后觸泥點(diǎn)距離ROV 100 m示意圖。靠近ROV端為5 kg級(jí)浮球，第一個(gè)浮球距離ROV為15 m，5 kg級(jí)浮球的間距為1 m，10 kg級(jí)浮球的間距為2.5 m。

圖3 鎧裝臍帶纜安裝5 kg級(jí)和10 kg級(jí)浮力球后觸泥點(diǎn)距離ROV 100 m示意圖

綜上，得出當(dāng)ROV鎧裝臍帶纜加裝浮力材料且輸出功率為50%時(shí)，海況為靜態(tài)時(shí)ROV的最大作業(yè)距離為370 m，平均浪高為0.5 m時(shí)ROV的最大作業(yè)距離為355 m，平均浪高為1 m時(shí)ROV的最大作業(yè)距離為340 m，能滿足項(xiàng)目所要求的著泥點(diǎn)與船尾距離為180～340 m的著泥點(diǎn)監(jiān)控作業(yè)。

4 鎧裝臍帶纜加裝級(jí)浮力材料實(shí)際應(yīng)用情況

在該項(xiàng)目中，實(shí)際的作業(yè)水深在6.8～42 m，作業(yè)期1月份正值雨季，風(fēng)速明顯增大，白天風(fēng)速平均在20級(jí)左右，浪高平均在2 m左右，通過鎧裝臍帶纜上加裝浮力材料后，ROV圓滿的完成了實(shí)際的海管鋪設(shè)過程中的著泥點(diǎn)監(jiān)控作業(yè)。實(shí)際作業(yè)工程中積累了相應(yīng)的作業(yè)經(jīng)驗(yàn)。

(1)加裝和拆卸浮力材料耗時(shí)較長(zhǎng)，若是海管鋪設(shè)速度較快時(shí)，這種方式不能很好地配合鋪設(shè)速度，因此鎧裝臍帶纜Free-Swimming ROV類型不是最佳選擇，建議選用軟纜零浮力Free-Swimming ROV類型。

(2)模擬出的最后一個(gè)浮球距離臍帶纜的著泥點(diǎn)有5～10 m的距離，處于懸浮狀態(tài)。但實(shí)際應(yīng)用過程中，按照實(shí)際設(shè)計(jì)的浮力10 kg級(jí)的浮球2.5 m間距安裝，受臍帶纜自身重力的影響，倒數(shù)兩到三個(gè)浮球基本是接觸海底，呈拖拽現(xiàn)象，很容易脫落。因此，通過不斷的嘗試更改安裝間距，增加3個(gè)10 kg級(jí)浮球且倒數(shù)5個(gè)浮球的安裝間距調(diào)整為1 m后，最后一個(gè)浮球距離臍帶纜著泥點(diǎn)為5 m。

(3)安裝浮球之后，鎧裝臍帶纜還有200 m左右拖拽在海床上，由于自身的重力和摩擦力影響，ROV的飛行靈活性會(huì)受一定影響，這就要求ROV操作人員要和收放系統(tǒng)操作人員保持不間斷的語音通話，進(jìn)行默契配合，臍帶纜時(shí)刻保持合適的張力，保證ROV的動(dòng)作安全和靈活性。

(4)在通過特殊地形地貌時(shí)，要注意臍帶纜不被纏繞和浮球不被卡住，選擇安全合適的飛行路徑，保證臍帶纜和ROV的安全。當(dāng)發(fā)現(xiàn)無論如何調(diào)整ROV的輸出功率都不能大幅度動(dòng)作時(shí)，要考慮是否已經(jīng)纏繞或臍帶纜張力過大，此時(shí)應(yīng)當(dāng)綜合判斷之后再做處理。

(5)在回收ROV時(shí)，由于臍帶纜的張力較大，人員在拆卸浮球時(shí)要保持合適的安全距離，防止人員受傷。

5 結(jié)語

ROV的運(yùn)用場(chǎng)景多樣化，目前可以完成導(dǎo)管架檢測(cè)、導(dǎo)管架安裝支持、海管鋪設(shè)支持、海底管線巡檢、海底電纜鋪設(shè)和檢測(cè)、膨脹彎安裝支持、海底管線懸跨處理、采油樹安裝支持、水下基盤安裝支持、清管試壓支持、跨接管安裝、風(fēng)電水下部分安裝支持以及其他應(yīng)急搶修作業(yè)。以往海油工程水下作業(yè)部分是由潛水員完成，但隨著水深的不斷加大，常規(guī)的空氣潛水和飽和潛水不能滿足現(xiàn)有作業(yè)水深的工程項(xiàng)目，ROV的作業(yè)能力和操作人員的技術(shù)水平不斷提升，有助于海油工程的持續(xù)發(fā)展和深入。ROV的作業(yè)距離大小是衡量ROV作業(yè)能力的重要指標(biāo)之一，ROV作業(yè)公司在投標(biāo)之前要認(rèn)真研究施工合同中所要求的ROV作業(yè)距離，選擇合適的ROV類型，或者采用上述或其他措施來增大ROV的作業(yè)距離。文章以項(xiàng)目實(shí)際為背景，通過仿真模擬的方式進(jìn)行ROV作業(yè)距離的分析研究，給現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際作業(yè)提供了可靠依據(jù)，并按照仿真模擬的結(jié)果運(yùn)用到實(shí)際項(xiàng)目中，但受現(xiàn)場(chǎng)流速、流向、風(fēng)速等不穩(wěn)定因素的影響，所安裝的具體的浮球數(shù)量和間距會(huì)有細(xì)微調(diào)整，但不影響實(shí)際施工效果。